CN112858464A - 一种磁性金属颗粒检测传感器及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁性金属颗粒检测传感器及系统，其中传感器包括传感器壳体及设置于传感器壳体内的磁体、线圈、高频信号发生器、信号接收器、信号处理模块、通信模块；线圈套设于磁体外，高频信号发生器、线圈、信号接收器、信号处理模块、通信模块依次连接；磁体吸附磁性金属颗粒并对其进行磁化；高频信号发生器发送高频电信号；线圈产生线圈磁场，及监测磁性金属颗粒并产生磁通信号；信号接收器接收磁通信号并传输至信号处理模块；信号处理模块将磁通信号转换成电信号输出至通信模块；通信模块与上位机数据交互。可实现润滑油中磁性金属颗粒的在线监测，且可避免气泡等杂质引起的误判；磁性金属颗粒被磁体吸附，可避免造成装备的二次损坏。

Description

一种磁性金属颗粒检测传感器及系统
技术领域
本发明涉及金属颗粒检测领域，尤其涉及一种磁性金属颗粒检测传感器及系统。
背景技术
提升燃气轮机、重型柴油机等高端机电装备的可靠性是重大装备研究中的一个重点和难点。发动机系统的大部分故障来源于机械故障，而其中超过50％的机械故障源于磨损，磨损产生的金属颗粒会在润滑油中反复循环，造成二次伤害。机械磨损包含正常磨损和异常磨损，磨损产生的金属颗粒包含磨损初期表面状态的信息，如何区分异常磨损并及时告警是行业中的研究重点。目前一般在润滑系统中设置金属颗粒检测传感器用于监测磨损情况，主要是通过监测机械部件磨损后而进入润滑油中的各类金属颗粒。现有金属颗粒传感器只能检测100微米以上颗粒，且对于气泡等杂质会作出误判。尤其是无法吸附已有颗粒，易造成装备的二次损坏。
发明内容
本发明提供了一种磁性金属颗粒检测传感器及系统，以解决现有的金属颗粒检测传感无法吸附已有颗粒易造成装备的二次损坏的问题。
第一方面，提供了一种磁性金属颗粒检测传感器，包括传感器壳体及设置于所述传感器壳体内的磁体、线圈、高频信号发生器、信号接收器、信号处理模块、通信模块；
所述线圈套设于所述磁体外，所述高频信号发生器、线圈、信号接收器、信号处理模块、通信模块依次连接；
所述磁体用于吸附磁性金属颗粒并对其进行磁化；
所述高频信号发生器用于向所述线圈发送高频电信号；
所述线圈用于产生线圈磁场，以及监测磁性金属颗粒并产生磁通信号；
所述信号接收器用于接收所述线圈产生的磁通信号并传输至所述信号处理模块；
所述信号处理模块用于将磁通信号转换成电信号输出至通信模块；
所述通信模块用于与上位机进行数据交互。
工作时，高频信号发生器产生高频电信号发送给线圈，线圈通入高频信号后产生感应电磁场，即线圈磁场，润滑油中流经的磁性金属颗粒会被传感器的磁体吸附，并在磁场中被磁化，磁感应强度不断增大，线圈产生的线圈磁场被不断吸附的磁性金属颗粒影响，形成变化的线圈磁场，线圈磁场变化使线圈的电感变化，即产生磁通信号传输至信号接收器，信号接收器接收磁通信号并传输至信号处理模块，信号处理模块将磁通信号转换成电信号，并经通信模块输出至上位机即可实现润滑油中磁性金属颗粒的在线监测，而且可避免气泡等杂质引起的误判。另外，磁性金属颗粒被磁体吸附，可避免造成装备的二次损坏。
进一步地，所述信号处理模块根据磁通量的变化等级对应设置有多个电信号输出通道。磁性金属颗粒的尺寸大小与磁通量变化的跳跃值呈对应关系，根据磁通量变化的跳跃值大小划分多个变化等级，每个变化等级对应磁性技术颗粒尺寸范围，通过多输出通道的设置，可以对不同粗细范围的磁性金属颗粒提供检测数据，更高精度分析出磨损颗粒尺寸。
进一步地，还包括电源处理模块，所述高频信号发生器、信号接收器、信号处理模块、通信模块均与所述电源处理模块连接；所述电源处理模块用于将外部供电转换成所述高频信号发生器、信号接收器、信号处理模块、通信模块所需电平并进行供电。
进一步地，所述通信模块为电信号通信模块或数字信号通信模块。
进一步地，所述传感器壳体包括依次连接的探头、壳体、法兰、热缩管，所述磁体、线圈、高频信号发生器、信号接收器、信号处理模块、通信模块设置于所述探头和壳体构成的腔体内。
第二方面，提供了一种磁性金属颗粒检测系统，包括上位机以及与所述上位机连接的如上所述的磁性金属颗粒检测传感器。
进一步地，所述上位机用于接收所述磁性金属颗粒检测传感器上传的数据信号，并通过与预设数据对比识别出发动机工作在正常磨损阶段还是故障状态。
进一步地，所述上位机还用于在接收的数字信号跳跃值超过预警值时告警。
进一步地，所述上位机还用于根据接收的数据信号绘制出变化曲线图。
进一步地，所述上位机还用于对所述磁性金属颗粒检测传感器进行测量量程设置。
该系统可实现实时在线监测，磁性金属颗粒检测传感器将其采集的数据信号发送至上位机，上位机可根据接收的数据信号与预设数据比对从而自动识别出对应发动机工作的状态。当发生故障时进行实时告警，可为发动机的寿命设计提供关键数据。长时间检测可为发动机提供机体磨损变化情况，可绘制出发动机的磨合初期、正常工作、加速磨损、严重损失阶段数据。
有益效果
本发明提出了一种磁性金属颗粒检测传感器及系统，通过高频信号发生器产生高频电信号发送给线圈，线圈通入高频
电信号后产生感应电磁场，即线圈磁场，润滑油中流经的磁性金属颗粒会被传感器的磁体吸附，并在磁场中被磁化，磁感应强度不断增大，线圈产生的线圈磁场被不断吸附的磁性金属颗粒影响，形成变化的线圈磁场，线圈磁场变化使线圈的电感变化，即产生磁通信号传输至信号接收器，信号接收器接收磁通信号并传输至信号处理模块，信号处理模块将磁通信号转换成电信号，并经通信模块输出至上位机即可实现润滑油中磁性金属颗粒的在线监测，而且可避免气泡等杂质引起的误判。另外，磁性金属颗粒被磁体吸附，可避免造成装备的二次损坏，同时也便于取出磁性金属颗粒，以通过分析其成分来确定磨损位置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种磁性金属颗粒检测传感器的结构原理图；
图2是本发明实施例一种磁性金属颗粒检测传感器的外部视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
如图1、图2所示，本实施例提供了一种磁性金属颗粒检测传感器，包括传感器壳体及设置于所述传感器壳体内的磁体12、线圈13、高频信号发生器11、信号接收器14、信号处理模块15、通信模块16；
所述线圈13套设于所述磁体12外，所述高频信号发生器11、线圈13、信号接收器14、信号处理模块15、通信模块16依次连接；
所述磁体12用于吸附磁性金属颗粒并对其进行磁化；
所述高频信号发生器11用于向所述线圈13发送高频电信号；
所述线圈13用于产生线圈磁场，以及监测磁性金属颗粒并产生磁通信号；
所述信号接收器14用于接收所述线圈13产生的磁通信号并传输至所述信号处理模块15；
所述信号处理模块15用于将磁通信号转换成电信号输出至通信模块16；
所述通信模块16用于与上位机进行数据交互。
工作时，高频信号发生器11产生高频电信号发送给线圈13，线圈13通入高频电信号后产生感应电磁场，即线圈磁场，润滑油中流经的磁性金属颗粒会被传感器的磁体12吸附，并在磁场中被磁化，磁感应强度不断增大，线圈13产生的线圈磁场被不断吸附的磁性金属颗粒影响，形成变化的线圈磁场，线圈磁场变化使线圈的电感变化，即产生磁通信号传输至信号接收器14，信号接收器14接收磁通信号并传输至信号处理模块15，信号处理模块15将磁通信号转换成电信号，并经通信模块16输出至上位机即可实现润滑油中磁性金属颗粒的在线监测，而且可避免气泡等杂质引起的误判。另外，磁性金属颗粒被磁体吸附，可避免造成装备的二次损坏。
优选地，所述信号处理模块15根据磁通量的变化等级对应设置有多个电信号输出通道。磁性金属颗粒的尺寸大小与磁通量变化的跳跃值呈对应关系，根据磁通量变化的跳跃值大小划分多个变化等级，每个变化等级对应磁性技术颗粒尺寸范围，通过多输出通道的设置，可以对不同粗细范围的磁性金属颗粒提供检测数据，更高精度分析出磨损颗粒尺寸。
本实施例中，还包括电源处理模块17，所述高频信号发生器11、信号接收器14、信号处理模块15、通信模块16均与所述电源处理模块17连接；所述电源处理模块17用于将外部供电转换成所述高频信号发生器11、信号接收器14、信号处理模块15、通信模块16所需电平并进行供电。电源处理模块17集成于电路板中，高频信号发生器11、信号接收器14、信号处理模块15、通信模块16装设于电路板上。
实施时，所述通信模块16为电信号通信模块或数字信号通信模块。电信号通信模块通过电流信号输出检测结果或通过电压信号输出检测结果，直接输出时为电流信号，通过电阻就可电流信号转换成电压信号输出。数字信号通信模块可实现模数转换，转换后的数字信号可通过串口、CAN总线等输出。
本实施例中，所述传感器壳体包括依次连接的探头1、壳体2、法兰3、热缩管4，所述磁体12、线圈13、高频信号发生器11、信号接收器14、信号处理模块15、通信模块16设置于所述探头1和壳体2构成的腔体内，热缩管4用于固定线缆。
实施例2
本实施例提供了一种磁性金属颗粒检测系统，包括上位机以及与所述上位机连接的如实施例1所述的磁性金属颗粒检测传感器。
所述上位机用于接收所述磁性金属颗粒检测传感器上传的数据信号，并通过与预设数据对比识别出发动机工作在正常磨损阶段还是故障状态。，所述上位机还用于在接收的数字信号跳跃值超过预警值时告警。所述上位机还用于根据接收的数据信号绘制出变化曲线图。所述上位机还用于对所述磁性金属颗粒检测传感器进行测量量程设置及敏感度设置。
该系统可实现实时在线监测，磁性金属颗粒检测传感器将其采集的数据信号发送至上位机，上位机可根据接收的数据信号与预设数据比对从而自动识别出对应发动机工作的状态。当发生故障时进行实时告警，可为发动机的寿命设计提供关键数据。长时间检测可为发动机提供机体磨损变化情况，可绘制出发动机的磨合初期、正常工作、加速磨损、严重损失阶段数据。
下面以一实例对其如何使用进行说明。
用5V到24V电源给传感器供电，连接传感器与上位机的USB线缆。
然后通过上位机进行初始化设置，具体包括：
设置零位：将表面干净的传感器探头放置于清洁油液中，通过上位机设定零位；
设置较粗颗粒通道量程：用传感器吸附最大量(最大量的多少取决于具体应用场景)的粗铁屑样品，通过上位机设定最大输出对应的铁屑含量；
设置较细颗粒通道量程：用传感器吸附最大量(最大量的多少取决于具体应用场景)的细铁屑样品，通过上位机设定最大输出对应的铁屑含量；
初始化设置包括零位和满量程的设置，一般来说零位对应传感器清洁的状态，满量程对应传感器吸附到所允许的最大量的铁屑的状态。
然后通过在上位机内存储预设数据和预警值等，即可进行使用。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
本发明实现了润滑油中磁性金属颗粒的快速在线检测，当磁性金属颗粒的大小及其他环境相同时，传感器输出信号跳变随着颗粒尺寸与数量的增大而增大。通过多输出通道的设置，可以对不同粗细范围颗粒提供检测数据，更高精度分析出磨损颗粒尺寸。可实现最小尺寸1微米的磨损颗粒的检测，最大误差在±10％以内。在线检测可以实时探测出异常故障情况，为发动机的寿命设计提供关键数据。长时间检测可为发动机提供机体磨损曲线数据，绘制出发动机的磨合初期、正常工作、加速磨损、严重损伤阶段数据。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种磁性金属颗粒检测传感器，其特征在于，包括传感器壳体及设置于所述传感器壳体内的磁体、线圈、高频信号发生器、信号接收器、信号处理模块、通信模块；
所述线圈套设于所述磁体外，所述高频信号发生器、线圈、信号接收器、信号处理模块、通信模块依次连接；
所述磁体用于吸附磁性金属颗粒并对其进行磁化；
所述高频信号发生器用于向所述线圈发送高频电信号；
所述线圈用于产生线圈磁场，以及监测磁性金属颗粒并产生磁通信号；
所述信号接收器用于接收所述线圈产生的磁通信号并传输至所述信号处理模块；
所述信号处理模块用于将磁通信号转换成电信号输出至通信模块；
所述通信模块用于与上位机进行数据交互。
2.根据权利要求1所述的磁性金属颗粒检测传感器，其特征在于，所述信号处理模块根据磁通量的变化等级对应设置有多个电信号输出通道。
3.根据权利要求1或2所述的磁性金属颗粒检测传感器，其特征在于，还包括电源处理模块，所述高频信号发生器、信号接收器、信号处理模块、通信模块均与所述电源处理模块连接；所述电源处理模块用于将外部供电转换成所述高频信号发生器、信号接收器、信号处理模块、通信模块所需电平并进行供电。
4.根据权利要求1或2所述的磁性金属颗粒检测传感器，其特征在于，所述通信模块为电信号通信模块或数字信号通信模块。
5.根据权利要求1或2所述的磁性金属颗粒检测传感器，其特征在于，所述传感器壳体包括依次连接的探头、壳体、法兰、热缩管，所述磁体、线圈、高频信号发生器、信号接收器、信号处理模块、通信模块设置于所述探头和壳体构成的腔体内。
6.一种磁性金属颗粒检测系统，其特征在于，包括上位机以及与所述上位机连接的如权利要求1至5任一项所述的磁性金属颗粒检测传感器。
7.根据权利要求6所述的磁性金属颗粒检测系统，其特征在于，所述上位机用于接收所述磁性金属颗粒检测传感器上传的数据信号，并通过与预设数据对比识别出发动机工作在正常磨损阶段还是故障状态。
8.根据权利要求7所述的磁性金属颗粒检测系统，其特征在于，所述上位机还用于在接收的数字信号跳跃值超过预警值时告警。
9.根据权利要求7所述的磁性金属颗粒检测系统，其特征在于，所述上位机还用于根据接收的数据信号绘制出变化曲线图。
10.根据权利要求7所述的磁性金属颗粒检测系统，其特征在于，所述上位机还用于对所述磁性金属颗粒检测传感器进行测量量程设置。
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